蓝藻水华厌氧分解过程中硫酸盐还原条件下有色溶解有机物的产生机制

Chromophoric Dissolved Organic Matter (CDOM) significantly influences carbon cycle in freshwater ecosystem, and recent researches reveal the tightly relationship between microbial sulfate reduction and production of CDOM. Sulfate-reducing bacteria (SRB) plays an important role in decay of cyanobacterial bloom in eutrophic freshwater lakes, however, the mechanism for production of CDOM under sulfate reduction during the decay of cyanobacteral bloom are not well understood. One heavy-contaminated bay in Taihu Lake is selected as the research site, field investigations and indoor simulation experiments will be conducted during this study. The main contents in the project include investigation of temporal and spatial characteristics of the abundance of sulfate-reducting bacteria, rate of sulfate reduction and CDOM; determination of main factors influencing the production process of CDOM under sulfate reduction; study the microbial community structure associated with production process of CDOM under sulfate reduction. Based on the studies mentioned above, this project will obtain the mechanism for the production process of CDOM under sulfate reduction during decay of cyanobacterial bloom in freshwater systems. The project has theoretical significance for further understanding of transformation of CDOM and carbon cycle in freshwater lakes.

有色溶解有机物（CDOM）对淡水生态系统的碳循环过程有重要影响，新近的研究表明微生物硫酸盐还原作用与水体CDOM的产生有密切联系。在富营养化湖泊中，硫酸盐还原细菌（SRB）是蓝藻水华厌氧分解过程的主要参与者，但目前对蓝藻水华厌氧分解过程中硫酸盐还原条件下CDOM的产生机制并不清楚。本项目拟以太湖中藻型湖湾（梅梁湾）为研究对象，将原位调查及室内外模拟相结合，解析蓝藻水华厌氧分解过程中水体SRB丰度、硫酸盐还原速率与CDOM的时空分布特征，确定硫酸盐还原条件下产生CDOM的主要影响因素，明确硫酸盐还原条件下CDOM的产生与微生物群落结构的关系，以揭示蓝藻水华厌氧分解过程中硫酸盐还原条件下CDOM的产生机制。本项目对于深入认识淡水湖泊系统CDOM的转化及碳循环过程具有重要意义。

在富营养化湖泊中，硫酸盐还原细菌（SRB）是蓝藻水华厌氧分解过程的主要参与者，但目前对蓝藻水华厌氧分解过程中SRB的适应性响应及硫酸盐还原条件下有色溶解有机物（CDOM）的产生机制并不清楚。本项目以淡水湖泊藻型湖湾为研究对象，将原位调查及室内外模拟相结合，探究了蓝藻水华厌氧分解时上覆水、沉积物中硫酸盐还原速率、SRB群落结构和SRB与其他功能微生物的相互作用，研究了硫酸根浓度升高对硫酸盐还原和产生CDOM的影响，分析了蓝藻水华厌氧分解过程中SRB和硫氧化细菌（SOB）的群落结构变化。主要有三方面的研究结果：（1）虽然在蓝藻水华厌氧分解过程中底层上覆水的SRB数量比表层上覆水中多，但是不同深度上覆水中细胞比硫酸盐还原速率（csSRR）没有显著差异 (P = 0.95)。微生物共存网络分析表明，各SRB属微生物都优先与某些特定功能的细菌相互作用，而且不同SRB应对环境变化的适应策略是不同的，改变其邻居节点微生物的种类和功能是SRB应对蓝藻水华厌氧分解的一种适应性响应。（2）硫酸根浓度的升高促进了蓝藻厌氧分解过程中微生物硫酸盐还原和类腐殖质物质的产生。（3）蓝藻水华厌氧分解过程中，SRB产生的可溶性硫化物（∑H2S）刺激了SOB的生长繁殖，∑H2S被SOB重新氧化为硫酸根。定量PCR和Illumina高通量测序结果都证明在蓝藻水华厌氧分解过程中存在SRB和SOB群落演替过程。本研究的结果有助于进一步认识淡水湖泊中SRB介导的藻源性有机质代谢过程，了解SRB应对淡水湖泊环境变化的适应机制。在项目执行期间，发表SCI学术论文2篇，中文核心期刊论文2篇。